寺河二號井井下皮帶集控系統的研究與應用

李 東

（晉能控股煤業集團寺河煤礦二號井，山西 晉城 048000）

煤礦帶式輸送機集中控制系統是實現礦井高產高效的重要手段。針對井下運輸系統線路長、轉載環節多、崗位多、環境惡劣等諸多問題，為實現皮帶輸送高產優質、安全節能、減員增效的目標，綜合應用傳感檢測技術、通信網絡技術、工業自動化技術研發的皮帶運輸集中控制系統成為建設現代化礦井的發展方向[1-4]。目前，我國煤礦的自動化控制水平日益增強，但距離實現綜合自動化管理還有較大的差距，針對寺河二號井皮帶運輸系統存在的問題，研發一套適合井下現場的運輸膠帶集控系統成為提升礦井管理水平的有效途徑。

1 技術現狀

寺河二號井目前已初步建立井下工業環網，環網已覆蓋各主要皮帶大巷，主干傳輸鏈路采用千兆光纖搭建，部分皮帶機運行數據已接入環網上傳至地面，但僅能實現數據監測和視頻顯示，不具備對皮帶機進行遠程集中控制功能。經現場實地調研，現有皮帶遠程控制系統主要存在以下問題：（1）人力成本較高。雖然每條皮帶機都安裝有皮帶保護控制系統，但仍需安排現場操作人員。（2）事故處理不及時。地面與井下主要皮帶沿線未實現實時通話。（3）視頻監控設備安裝不到位。僅在井下主運皮帶機頭安裝普通視頻攝像頭，驅動設備、滾筒、抱閘等關鍵設備未安裝。

2 集控系統設計

2.1 設計原則

（1）實用性

實用性是本系統設計時需遵循的首要原則。系統功能的實用化是衡量信息管理系統建設成功與否的基本標準，是該系統為礦井生產創造高效運行環境的重要方面，必須以滿足礦井現場需求為系統研發的出發點。

（2）先進性

現場采用音頻信號處理器通過VOIP 協議將各部皮帶沿線模擬音頻信號轉換成數字信號，通過井下布置的網絡交換機，實現調度控制室與井下各皮帶沿線擴音電話的實時通話和應急廣播功能；采用當今國內外最先進的三層結構模式進行集控系統研發，融合面向對象技術、多線程技術，進一步提高系統的可靠性、可維護性和可擴充性。

（3）安全性

集控系統應采用穩定的、成熟的先進技術，對現場可能出現的各種情況作出相應的保護設計和熱備份設計，以確保集控系統無故障平穩運行。所有重點設備均應采用冗余方式設計[5-7]。

2.2 系統組成

2.2.1 集控網絡設計

皮帶保護控制系統是整個集控系統的核心部分，一方面將現場收集到的皮帶運行數據上傳到地面，另一方面將地面監控系統下發的啟停指令傳遞給井下皮帶機，其中所有數據的傳輸都離不開礦井工業環網。目前，寺河二號井采用GEPON 工業環網系統，它克服了傳統的電信號通信及光/電混合應用通信的弊端，充足的帶寬完全可滿足井下視頻、語音及數據傳輸需求。

2.2.2 上位機軟件設計

在上位機軟件設計和開發過程中，通過調研國內皮帶集控系統上位機軟件的功能，結合目前寺河二號井井下皮帶運行維護狀態，設計出完全滿足礦方生產需要的上位機程序。該組態軟件可提供可視化圖形開發環境，真彩顯示圖形，并提供豐富的繪圖工具、先進的圖形處理技術以及實現更生動效果的動畫連接，最大程度滿足用戶對現場的管理需求。單條皮帶運行控制界面如圖1。

圖1 單條皮帶運行控制界面

2.2.3 語音通訊設計

語音控制系統是通過井下信號轉換器，采用VOIP 協議將各皮帶機沿線模擬音頻信號轉換成以太網數字信號，就近連接到網絡交換機，實現調度室與各皮帶沿線擴音電話的通話和應急廣播功能。

2.2.4 視頻監控設計

皮帶集控系統中的視頻監控子系統采用數字攝像機，解決模擬攝像頭清晰度低、布線不靈活、升級改造困難等難題。綜合考慮井下環境的特殊性，選取支持電纜連接傳輸1.5 km 的高清礦用本安型攝像機，其具有強光抑制、自帶補光、背光補償、寬動態、數字降噪等特點。井下實時監控畫面如圖2。

圖2 井下實時監控畫面

3 系統優點及經濟效益分析

3.1 系統優點

（1）實現井下各部皮帶語音通訊的模擬信號轉為數字信號，并與原有的調度電話集成，可實現調度室與井下主皮帶沿線語音廣播的互相通訊，一旦發生緊急事件，可立即通知現場人員撤離。

（2） 地面調度室通過組態軟件對井下各皮帶運行狀態進行監控，可實現計算機遠程集中控制、人工就地控制、檢修方式控制、點動方式控制等多種控制形式，各控制方式間存在可靠閉鎖。

（3）升級現有的工業電視系統，順利接入新型數字攝像頭，實現了井下所有監控視頻在機電集控室和調度室同步顯示。

3.2 經濟效益

通過礦井工業環網將各部皮帶機控制系統就近接入網絡交換機，實現井上調度室與井下皮帶控制系統的實時數據通訊，實現井下皮帶機的遠程啟停。現場操作人員由原來的每班12 人減到每班5 人，每天三班可減少21 人，每人每年按10 萬元計，每年可節省210 萬元。

4 結論

通過對井下現有皮帶控制系統進行改造，實現了皮帶機運行數據采集、上傳、故障報警、遠程啟停等諸多功能；實現調度室與井下各皮帶機擴音電話實時通訊；實現皮帶機關鍵部位實時視頻監控，為皮帶遠程控制提供參考。寺河二號井井下皮帶集控系統的研發與應用形成了完整的操作、調度、監控網絡，實現皮帶機的高效控制和監測，提高礦井生產效率，降低事故率，實現礦井安全高效生產。